WO2010050734A2

WO2010050734A2 - Fhss 시스템에서 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치 및 그 방법

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Publication number: WO2010050734A2
Application number: PCT/KR2009/006238
Authority: WO
Inventors: 이용환; 이승환
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2010-05-06
Also published as: WO2010050734A3; KR101268022B1; US8761227B2; US20110261861A1; KR20110089401A; WO2010050734A9

Abstract

본 발명에 의한 주파수 도약 확산 대역(Frequency Hopping Spread Spectrum: 이하 FHSS) 시스템에서 동일 채널 내에 존재하는 간섭신호의 영향을 감소시키기 위한 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 장치는 FS 간섭 신호의 채널 대역폭 단위에 따라 FHSS 시스템의 전체 채널들을 소정 개수의 그룹으로 분류하는 그룹 분류부; 분류된 상기 소정 개수의 그룹의 PER(Packet Error Rate)을 기반으로 상기 소정 개수의 그룹에서 상기 FS 간섭이 존재하는 그룹을 제거하는 FS 간섭 제거부; 및 상기 FS 간섭 신호가 존재하지 않는 채널들을 이용하여 주파수 도약(Frequency Hopping: 이하 FH) 기법을 사용하여 신호를 전송할 때, 다음 FH에 사용될 채널에 대해 FD 간섭 신호의 존재 여부를 순시적으로 추정하여 간섭 신호가 존재하지 않을 경우에만 패킷을 전송함으로써 간섭을 회피하는 FD 간섭 회피부를 포함한다. 이를 통해, 본 발명은 FS 간섭 회피에 걸리는 시간을 더 단축하고 FD 간섭을 효율적으로 회피하여 향상된 전송 성능을 얻을 수 있다.

Description

FHSS 시스템에서 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치 및 그 방법

본 발명은 FHSS 시스템에서 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

같은 대역을 공유하는 이기종 통신 시스템이 존재하는 경우, FHSS 시스템은 빠른 속도로 주파수 도약(frequency hopping: 이하 FH) 기법을 사용하여 간섭을 회피할 수 있다. 일례로, FHSS 시스템의 일종인 블루투스(Bluetooth)의 경우 초당 1600회의 속도로 유사 임의한(pseudo-random) FH 방식으로 이기종 간섭 영향을 줄이는데, 이 FH 기법은 전파 간섭을 고려하지 않고 송신부 클락과 어드레스 값에 따라 FH 채널을 결정하기 때문에 동일 채널 간섭에 상당히 취약한 단점이 있다.

IEEE 802.15 TG2에서 제안한 적응적인 주파수 도약(adaptive FH: 이하 AFH) 기법은 채널 분류 과정을 통해 동일 채널 간섭이 존재하는 채널들을 분류하고, 그 결과에 따라 FH 대역을 결정함으로써 동일 채널 간섭을 회피한다. 그러나 이러한 AFH 기법은 FHSS 시스템의 채널 단위로 FH 대역을 분류하기 때문에 대역분류에 소요되는 시간이 길어져 동일 채널 간섭에 대한 대응이 늦다는 단점이 있다.

뿐만 아니라, 짧은 시간 동안 좁은 대역의 채널들에 간섭을 유발하는 FD 간섭 신호가 존재하는 경우에는 적응적인 주파수 도약 기법처럼 간섭이 발생한 채널들을 주파수 도약 채널에서 제외할 경우, 오히려 가용 가능한 주파수 도약 채널의 개수가 감소함으로써 다른 FD 간섭과의 충돌 확률이 증가하여 시스템 성능이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 블루투스 등 많은 무선 통신 시스템에서 전력 제어(power control) 기법이 고려되고 있는데 이러한 전력 제어 기법은 채널 분류 결과에 따라 송신 전력을 조절함으로써 동일 채널 간섭 및 채널 잡음을 빠르게 완화할 수 있다는 장점이 있지만, 주위에 간섭원의 개수가 많을 경우 전력이 빠르게 소비되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 간섭 잡음을 그 스펙트럼 특성에 따라 FS 간섭과 FD 간섭으로 분류하여 이를 순차적으로 제거함으로써, 효율적으로 간섭 잡음을 회피할 수 있도록 하는 FHSS 시스템에서 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 FHSS 시스템의 채널들을 FS 간섭 신호의 채널 대역폭 단위로 나누고, 나누어진 주파수 그룹 단위로 PER 값을 활용하여 FS 간섭이 존재할 가능성이 있는 후보 주파수 그룹들을 분류한 후, 필터링 기법을 사용하여 FS 간섭 신호가 실제로 존재하는 채널들만을 검출함으로써, FS 간섭 회피에 걸리는 시간을 더 단축할 수 있도록 하는 FHSS 시스템에서 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 FS 간섭이 존재하지 않는 채널들을 이용하여 FHSS 시스템의 FH 기법을 사용하여 신호를 전송할 때, 다음 FH에 사용될 채널에 대해 FD 간섭 신호의 존재 여부를 순시적으로 추정하여 간섭 신호가 존재하지 않을 경우에만 패킷을 전송함으로써, FD 간섭을 회피할 수 있도록 하는 FHSS 시스템에서 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

이를 위하여, 본 발명의 한 측면에 따른 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치는 FS 간섭 신호의 채널 대역폭 단위에 따라 FHSS 시스템의 전체 채널들을 소정 개수의 그룹으로 분류하는 그룹 분류부; 분류된 상기 소정 개수의 그룹 별 PER을 기반으로 상기 소정 개수의 그룹에서 상기 FS 간섭이 존재하는 그룹을 제거하는 FS 간섭 제거부; 및 상기 FS 간섭 신호가 존재하지 않는 채널들을 이용하여 FH 기법을 사용하여 신호를 전송할 때, 다음 FH에 사용될 채널에 대해 FD 간섭 신호의 존재 여부를 순시적으로 추정하여 간섭 신호가 존재하지 않을 경우에만 패킷을 전송함으로써 간섭을 회피하는 FD 간섭 회피부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 한 측면에 따른 간섭 잡음을 회피하기 위한 방법은 FHSS 시스템의 전체 채널들을 소정 개수의 그룹으로 분류하는 단계; 분류된 상기 소정 개수의 그룹 별 PER을 기반으로 상기 소정 개수의 그룹에서 상기 FS 간섭이 존재하는 그룹을 제거하는 단계; 및 상기 FS 간섭 신호가 존재하지 않는 채널들을 이용하여 FH 기법을 사용하여 신호를 전송할 때, 다음 FH에 사용될 채널에 대해 FD 간섭 신호의 존재 여부를 순시적으로 추정하여 간섭 신호가 존재하지 않을 경우에만 패킷을 전송함으로써 FD 간섭 신호를 회피하는 단계를 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 FHSS 시스템의 성능 실험 모델을 나타내는 예시도이고,

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 그룹을 분류하는 과정을 설명하기 위한 예시도이고,

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 FHSS 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 예시도이고,

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 FS 간섭이 존재하는 그룹을 추정하는 과정을 나타내는 예시도이고,

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 송신 전력을 결정하는 과정을 나타내는 예시도이고,

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 FD 간섭을 제거하는 과정을 나타내는 예시도이고,

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 FHSS 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 예시도이고,

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 FS 간섭이 실제로 존재하는 그룹을 추정하는 과정을 나타내는 예시도이고,

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 FD 간섭을 회피하기 위해 FH 채널 내 간섭 신호의 존재 여부를 추정하고 간섭이 존재하지 않을 경우에만 패킷을 전송하는 과정을 나타내는 예시도이고,

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 4초 간격으로 1개의 FS 간섭 신호가 임의의 FS 채널 상에서 발생될 때 시간에 따른 제안 기법의 PER 성능 나타내는 예시도이고,

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 본 발명의 무선랜 간섭의 개수가 1개 또는 2개일 경우 FD 간섭의 개수에 따른 제안 기법의 전송 성능을 나타내는 예시도이고,

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 채널 간섭을 제거하기 위한 장치를 나타내는 예시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1210: 그룹 분류부

1220: FS 간섭 제거부

1230: FD 간섭 회피부

이하에서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 FHSS 시스템에서 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치 및 그 방법을 첨부된 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 FHSS 시스템의 성능 실험 모델을 나타내는 예시도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 동일 주파수 대역에서 이기종 통신 시스템 예컨대, FHSS 시스템으로 IEEE 802.15.1 블루투스 시스템이 사용되고 인접한 FS 간섭원으로 IEEE.802.11b 무선 랜 시스템이 사용되는 경우, FHSS 시스템의 성능이 저하되는 주요 원인은 동일 채널 간섭 및 채널 잡음으로 인해 SINR 값이 낮아지기 때문이다.

이같은 문제점을 해결하기 위해서는 보다 빠르고 정확하게 동일 채널 간섭 및 채널 잡음의 영향을 완화하여 FHSS 시스템이 요구하는 SINR 값을 보장해줘야 한다.

이를 위한, 본 발명은 비 면허 대역(unlicensed band)에서 동작하는 FHSS 시스템에 영향을 주는 간섭 잡음 성분들의 스펙트럼 특성을 고려하여 FS 간섭, 채널 잡음, FD 간섭을 순차적으로 회피하기 위한 기법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 FS 간섭 신호의 특성을 고려하여 FS 간섭 신호의 채널 대역폭 단위로 FHSS 채널들을 나누고 각 주파수 그룹들의 PER 값을 특정 임계 값과 비교함으로써 FS 간섭을 빠르게 회피하고, FS 간섭이 없는 채널들로만 전력 제어를 수행한 후, 상기 FS 간섭이 존재하지 않는 채널들로 전송된 패킷들의 PER 값을 특정 임계 값과 비교하여 그 결과에 따라 전송될 패킷의 길이를 조절하거나 FH 채널들 중에서 FD 간섭이 존재하는 채널들을 제거함으로써 채널 잡음 및 FD 간섭을 순차적으로 완화할 수 있다.

본 발명에 따른 FHSS 시스템의 전체 채널 개수를 M이라 하면, 이들 채널들의 모든 집합을 Ω={0,1,...,m,...,M-1}이라 정의할 수 있다. 이를 기반으로 우선적으로, 본 발명은 FHSS 시스템의 성능에 가장 주요한 영향을 미치는 FS 간섭을 먼저 회피할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 그룹을 분류하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, FS 간섭 채널들을 빠르게 회피하기 위해 주기 T_L마다 FHSS 시스템의 채널들을 FS 간섭 신호의 위치 및 대역폭과 동일하게 K개의 그룹 즉, V={0,1,...,k,...,K-1}으로 나누고, 각 그룹들의 PER을 기반으로 그룹 분류를 수행할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 FHSS 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 예시도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, FHSS 시스템의 전체 채널 개수를 M에 대하여 간섭 잡음을 회피하기 위한 주기는 T_L로서, 주기 T_L은 FS 간섭을 제거하기 위한 T_B, 채널 잡음을 제거하기 위한 T_S 그리고 FD 간섭을 제거하기 위한 나머지 구간 등으로 나뉠 수 있다.

대역폭이 W인 FS 간섭 채널이 인접 FS 간섭 채널과 (W-d) 만큼 중첩(overlapping)되어 있다면, 그룹 k에 포함된 FHSS 시스템의 채널 집합은 다음의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 1]

여기서, W는 각 FS 간섭 채널의 대역폭을 의미하고, d는 각 FS 간섭 채널과 인접 FS 간섭 채널의 비 중첩된 채널 대역폭을 각각 의미할 수 있다.

이때, FHSS 시스템은 이러한 그룹 분류에 소요되는 시간(T_c)을 줄이고 다른 FHSS 시스템으로부터 받는 FS 간섭을 최소화하기 위해 FHSS 시스템의 패킷들 중 시간 길이가 가장 짧은 패킷 예컨대, 블루투스의 DH1(Data High Rate 1) 등을 다음의 [수학식 2]와 같이 비 중첩 채널 집합

으로 정의하여 이를 전송할 수 있다.

[수학식 2]

여기서, r은 비 중첩 FH 채널 집합의 지수,

는 FH 채널들 간의 간격, q는 q번째 FH 채널을 각각 의미할 수 있다.

이때, FHSS 시스템 i의 그룹 k에 대한 PER은 다음의 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 3]

여기서,

는 x보다 크거나 같은 가장 작은 정수, PER_i,k(j)는 FHSS 시스템 i의 그룹 k내 j번째 채널의 PER을 각각 의미할 수 있다.

본 발명은 FS 간섭 채널들이 중첩되어 있는 경우를 고려하여, FS 간섭이 존재하는 그룹들의 집합 i을 추정할 수 있는데, 이러한 과정을 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 FS 간섭이 존재하는 그룹을 추정하는 과정을 나타내는 예시도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 FHSS 시스템은 변수 l=1, Γ_i=ø그리고

로 초기 값을 설정할 수 있는데(S401), 여기서,

는 요구되는 PER 그리고 Λ_l는 평균 PER이

보다 높은 그룹들의 집합을 각각 의미할 수 있다.

초기 값이 설정되면, 이를 기반으로 Λ_l내의 그룹들 중 PER이 가장 높은 그룹을 선택할 수 있는데(S402), 이를 다음의 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 4]

이렇게 선택된 그룹

의 PER과 Λ_l내 다른 그룹들의 PER을 비교하여 그 비율이 특정 임계 값 δw를 넘는 그룹을 집합 Γ_i 에 추가하여 집합 Γ_i 을 갱신할 수 있는데(S403), 이를 다음의 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 5]

이때, 그룹

에 FS 간섭이 존재한다고 가정하면, 그룹

과 인접한 그룹

±1은 FS 간섭이 존재하지 않음에도 불구하고 FS 간섭 신호의 중첩 특성으로 인해 요구되는 PER

를 초과하여 집합 Λ_l내에 추가될 수 있다. 따라서 이런 그룹들이 Γ_i 에 포함되는 것을 방지하기 위하여 임계 값 δw을 다음의 [수학식 6]과 같이 그룹

의 오율 확률

대비 그룹

±1의 오율 확률

의 비로 설정할 수 있다.

[수학식 6]

여기서,

는 채널 잡음으로 인한 FHSS 시스템 i의 오율 확률,

는 FS 간섭으로 인한 FHSS 시스템 i의 오율 확률을 각각 의미할 수 있다. 이때, 이

보다 훨씬 크기 때문에 (

≫

), 임계 값 δw는 다음의 [수학식 7]과 같이 근사화될 수 있다.

[수학식 7]

이후, Λ_l내 그룹 중 그룹

와 중첩되지 않는 그룹들의 집합을 Λ_l+1라 하면, 그 Λ_l+1≠ø이면 l값을 1만큼 증가시킨 후 이전의 과정을 반복하여 수행하고, Λ_l+1=ø이면, FS 간섭이 존재하는 그룹들의 집합 Γ_i 를 확정 또는 추정할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 그룹 단위의 분류를 수행하여 종래 기법에 비해 약

만큼 채널 분류 시간을 줄임으로써, FS 간섭을 보다 빠르게 회피 또는 제거할 수 있다.

다음으로, 본 발명은 채널 잡음으로 인한 PER을 줄이기 위해 폐루프(close loop) 전력 제어 기법을 수행할 수 있다. 즉, 채널 잡음은 전 대역에 균일하게 분포하기 때문에 특정 대역을 FH 채널 집합에서 제외하는 FH 기법을 통해서는 완화될 수 없기 때문에, 본 발명은 채널 잡음의 이러한 특성을 고려하여 폐루프 전력 제어 기법을 통해 FH 채널 내 채널 잡음의 영향을 완화할 수 있는데, 이를 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 송신 전력을 결정하는 과정을 나타내는 예시도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명은 종래의 전력 제어 기법이 전 대역의 모든 간섭 및 잡음을 고려하여 송신 전력을 결정한 데 반해, 전력 소비를 최소화하기 위해 패킷이 전송될 FH 채널 집합 Θ_i 내의 채널 잡음 및 FD 간섭만을 고려하여 송신 전력을 조절할 수 있다.

우선, FHSS 시스템은 다음의 [수학식 8]과 같이 집합 Γ_i내 모든 그룹에 속하는 FHSS 시스템의 채널들을 FH 채널 집합에서 제외하고 새로운 FH 채널 집합 Θ_i을 결정할 수 있다(S501).

[수학식 8]

여기서, x는 집합 Γ_i내 그룹의 지수를 의미할 수 있다.

앞에서 언급된 [수학식 2]의 비 중첩 FH 채널 집합

과 [수학식 8]의 새로운 FH 채널 집합 Θ_i의 교집합을 다음의 [수학식 9]과 같이

(⊆Θ_i)이라 정의할 수 있다.

[수학식 9]

여기서, x는 집합 Γ_i 내 그룹의 지수를 의미할 수 있다.

FHSS 시스템은 채널 집합 Θ_i의 일부 또는 전체 즉,

내 채널을 통해 전송된 패킷들의 SINR 값을 추정하고(S502), 추정된 SINR을 매 주기 T_L마다 갱신할 수 있다. 그래서 FHSS 시스템은 이렇게 궤환된 SINR 값을 이용하여 다음의 [수학식 10]과 같이 송신 전력을 결정 또는 조절할 수 있다(S503).

[수학식 10]

여기서, P_i는 FHSS 시스템 i의 현재 송신 전력,

는 FHSS 시스템 i의

내 j번째 채널의 SINR,

는 FHSS 시스템 i의 요구되는 SINR 값을 각각 의미할 수 있다.

이때, 요구되는 PER

에 대해

값은 다음의 [수학식 11]과 같이 결정될 수 있다.

[수학식 11]

여기서, n _bits는 전송된 패킷의 비트 수를 의미할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 전 대역에 존재하는 모든 간섭 및 채널 잡음을 고려하여 송신 전력을 결정하는 종래의 전력 제어 기법과 달리, AFH 기법의 채널 분류 결과를 활용하여 FS 간섭은 FH 채널에서 배제하고, 오직 패킷이 전송될 FH 채널 내 채널 잡음 및 FD 간섭만을 고려해 송신 전력을 결정함으로써, 전력 소비를 더 줄일 수 있다.

마지막으로, 본 발명은 FS 간섭에 비해 상대적으로 좁은 주파수 대역을 갖는 FD 간섭 신호의 스펙트럼 특성을 고려하여, FHSS 시스템의 채널 단위로 FH 채널 집합 Θ_i의 채널들을 분류하고 FD 간섭을 회피할 수 있는데, 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 FD 간섭을 회피하는 과정을 나타내는 예시도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, FHSS 시스템의 패킷 종류가 K개 예컨대, 블루투스의 DH1, DH3, DH5으로 K=3일 경우, 전송된 패킷의 전송 시간 대비 성공적으로 수신된 패킷의 데이터 전송 시간 비로 정의되는 FHSS 시스템의 유효 전송율(goodput)은 다음의 [수학식 12]와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 12]

여기서, l은 FHSS 시스템의 패킷들 중 패킷 길이가 l번째로 긴 패킷, T_l는 패킷 l의 전체 전송 시간,

는 패킷 l의 데이터 전송 시간,

는 통신 범위(coverage)내에 위치한 전체 FHSS 시스템 중 적어도 한 시스템이 채널 m으로 패킷 l을 전송할 확률,

은 채널 m을 통해 전송된 패킷 l이 성공적으로 전송될 확률을 각각 의미할 수 있다.

이를 설명하면, 본 발명은 FD 간섭의 효율적인 회피와 동시에 FHSS 시스템의 유효 전송율을 높이기 위하여, FH 채널 집합을 간섭이 존재하는 나쁜 채널과 존재하지 않는 좋은 집합 두 개로 나누는 종래 기법들과 달리 각 채널들의 PER에 따라 FH 채널들을 (K+1)개의 집합 Φ_l(l=0,...,K)으로 분류할 수 있다. 여기서, Φ₀은 FH 채널 집합에서 제외된 채널들의 집합, Φ₁는 단일 슬롯 패킷 예컨대, 블루투스의 DH1을 전송하는 채널들의 집합, Φ₂는 FHSS 시스템에 정의된 멀티 슬롯(multi-slot) 패킷 중 패킷 길이가 2번째로 긴 패킷 예컨대, 블루투스의 DH3을 전송하는 채널들의 집합 그리고 Φ₃는 FHSS 시스템에 정의된 멀티 슬롯 패킷 중 패킷 길이가 3번째로 긴 패킷 예컨대, 블루투스의 DH5를 전송하는 채널들의 집합을 나타낼 수 있다.

앞의 [수학식 12]에서 보는 바와 같이 패킷 길이가 긴 패킷의 전송 성공 확률이 높아질수록 전체 시스템의 유효 전송율 역시 증가하므로, 본 발명은 채널 집합 Θ_i내의 모든 채널들의 PER을 측정하고(S601), 다음의 [수학식 13]과 같이 특정 임계 값과 각 채널들의 PER을 비교하여 FH 채널들을 (K+1)개의 집합 Φ_l(l=0,...,K)으로 분류하며(S602) 채널 상태에 맞게 패킷 길이를 조절하여 전송함으로써 유효 전송율을 증가시킬 수 있다.

[수학식 13]

여기서, x=2,...,K-1,

는 FHSS 시스템 i의 집합 Φ_x내 채널 m의 PER, 그리고 δ_B과 δ_G(≤δ_B)는 채널 분류를 위한 PER 임계 값을 각각 의미할 수 있다.

만약 집합 Φ_x 내 채널 m으로 전송된 패킷의

이 임계 값 δ_B보다 높으면, 채널 m은 집합 Φ_x-1으로 옮겨지고,

이 임계 값 δ_B보다 작으면, 채널 m은 집합 Φ_x+1으로 옮겨질 수 있다. FHSS 시스템의 송신부는 앞의 [수학식 13]과 같이 FH 채널 집합 Θ_i 내의 채널들을 분류한 후에 FH 채널 집합 Θ_i를 주기 T_S(≤T_L) 마다 다음의 [수학식 14]와 같이 갱신 즉, 그 PER이 특정 임계 값 이상으로 패킷을 전송할 수 없는 채널 집합 Φ₀을 제거함으로써, FD 간섭을 제거할 수 있다(S603).

[수학식 14]

이와 같이, 본 발명은 각 채널의 PER에 따라 패킷 길이를 조절하며 안정적으로 패킷들을 전송하기 때문에 종래 기법에 비해 높은 유효 전송율을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명은 FS 간섭이 존재하는 그룹 내의 채널들이 제거된 FH 채널 집합에서 패킷을 전송할 수 없다고 분류된 채널 집합을 제거함으로써, FD 간섭을 제거할 수 있다.

본 발명에 따른 FHSS 시스템은 FH 시스템의 특성 상 FH 채널들의 개수가 감소하면 할수록 즉, FH 집합 Θ_i에서 제외되는 채널들 또는 집합 Φ₀ 내의 채널들이 많아지면 많아질수록 동일 채널 간섭을 받을 확률이 점점 더 커질 수 있다. 따라서 본 발명은 FH 채널에서 제외된 채널 집합 Φ₀를 재설정(reset)하고 FS 간섭 환경의 변화를 적절히 반영하기 위해, FH 채널 집합 Θ_i의 채널 개수 및 FH 전체 채널 개수 대비 FH 채널에서 제외된 채널들의 개수 비율

(= c(Φ₀)/ c(Θ_i))에 따라 주기 T_L을 다음의 [수학식 15]와 같이 조절하는데, c(Φ₀)는 집합 Φ₀내 원소의 개수를 의미할 수 있다.

[수학식 15]

여기서, T_min은 주기 T_L의 최소 전송 주기를 의미할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 FHSS 시스템에서 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치 및 그 방법을 첨부된 도 7 내지 도 12를 참조하여 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 FHSS 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 예시도이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 FS 간섭이 존재할 수 있는 후보 주파수 그룹을 분류하는 과정을 설명한다. 특히, 본 발명은 FS 간섭 채널들을 빠르게 회피하기 위하여 두 가지 방식으로 FHSS 시스템 채널을 그룹핑 할 수 있다.

즉, [수학식 1]과 같이 K 개 FS 간섭 신호의 위치 및 대역폭과 동일하게 FHSS 시스템의 채널들을 K 개 주파수 그룹으로 나누는 방식 및 FS 간섭 신호의 중첩 특성을 고려하지 않고 단순히 FS 간섭 신호의 대역폭 단위로 FHSS 시스템의 채널들을 U(≤K) 개 주파수 그룹으로 나누는 방식으로 구분되는데, 이 경우 주파수 그룹 k에 포함된 FHSS 시스템의 채널 집합은 [수학식 16]과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 16]

여기서, W는 각 FS 채널의 대역폭을 의미할 수 있다.

이때, 본 발명은 도 9과 같이 시간 t_s= nT_L/2로부터 t_f= t_s+T_L까지 각 주파수 그룹들의 PER 값을 기반으로 채널 분류를 수행할 수 있다. 여기서, T_L은 상기 분류를 수행하는 주기 시간을 나타낸다. 시간 t_s로부터 t_f까지 FHSS 시스템 i의 주파수 채널 j에 대한 PER 값을 PER_i(t_s,t_f,j)라 하자.

먼저, [수학식 1]과 같이 FHSS 시스템의 채널들을 나눌 경우에는 FHSS 시스템 i의 주파수 그룹 k에 대한 PER 값은 다음의 [수학식 17]과 같이 구할 수 있다.

[수학식 17]

반면, [수학식 16]과 같이 FHSS 시스템의 채널들을 나눌 경우에는 FHSS 시스템 i의 주파수 그룹 k에 대한 PER은 다음의 [수학식 18]과 같이 구할 수 있다.

[수학식 18]

이를 기반으로 FS 간섭 신호가 존재할 가능성이 있는 후보 주파수 그룹(candidate frequency group)들의 집합 Λ_i는 다음의 [수학식 19]와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 19]

여기서, λ간섭 신호가 존재하는 채널을 구분하기 위한 임계 값을 나타낸다.

이 때, 후보 주파수 그룹 내 모든 채널들을 주파수 도약 채널에서 제외할 경우, FS 간섭 채널 대역폭이 중첩 되어있는 경우에는 FS 간섭 신호가 실제로 존재하지 않는 채널들까지도 주파수 도약 채널에서 제외될 수 있다. 따라서 본 발명은 이를 방지하기 위해 필터링 기법을 사용하여 FS 간섭 신호가 실제로 존재하는 주파수 채널들만을 검출한다.

본 발명은 FS 간섭 채널들이 중첩되어 있는 경우를 고려하여, FS 간섭이 실제로 존재하는 채널들을 추정할 수 있는데, 이러한 과정을 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 FS 간섭이 실제로 존재하는 주파수 그룹들을 분류하는 과정을 나타내는 예시도이다.

도 8에 도시한 바와 같이, FS 간섭 신호가 존재할 가능성이 있는 후보 주파수 그룹들의 집합 Λ_i 내 j번째 주파수 그룹의 지수를 G_i,j(0≤G_i,j≤|Λ_i|), 검출에 적용되는 샘플들의 개수를 L(<d)이라 정의하자. 상기 |Λ_i|는 집합 Λ_i 내에 포함된 주파수 그룹들의 개수를 나타낸다.

먼저, [수학식 1]과 같이 FS 간섭 신호의 위치 및 대역폭과 동일하게 FHSS 시스템의 채널들을 나눌 경우를 고려하자.

송신부는 S801 단계에서 j=0, l=0, Γ_i=ø로 초기 값을 설정한다. 이때 본 발명의 일례로 미디언 필터(median filter)와 같은 비 선형 필터를 사용할 경우, 실장 복잡도를 줄이기 위해 S802 단계에서 다음의 [수학식 20]과 같이 주파수 그룹 G_i,j내 (L+V) 개 샘플 값을 0 또는 1로 양자화하고 S1003 단계에서 양자화된 L개 샘플들의 합을 임계 값 η와 비교하여 해당 FS 신호 주파수 대역 내 첫 L개의 채널에 FS 간섭 신호가 존재하는지를 판단한다.

[수학식 20]

여기서, C(x)는 PER_i(t_s,t_f,x)의 양자화 값을 나타내고 V는 FS 간섭 신호 존재 여부를 검증하기 위한 횟수를 나타낸다.

S803 단계에서

이면, 주파수 그룹 G_i,j 내의 처음 d 채널에는 FS 간섭 신호가 없다고 판단하고 j 값을 1만큼 증가시킨 후 S802 단계로 돌아가 다음 FS 간섭 채널에 대해 동일 과정을 반복한다.

반면, S803 단계에서 그룹의 시작 부분에 대한 필터 값이 η보다 크면 (즉,

) FS 간섭신호가 존재하는 그룹이므로, S804 단계에서 해당 주파수 그룹의 끝 L 개 채널에 대한 필터 값을 η과 비교한다. 이 값이 η보다 크면 l값을 1만큼 증가시킨 후 FS 간섭 신호의 존재 여부를 검증(verification)하기 위하여 l=(V-1)이 될 때까지 동일 과정을 반복하며, η보다 작으면 주파수 그룹 G_i,j 내에 FS 간섭 신호가 없다고 판단하고 j값을 1만큼 증가시킨 후 S802 단계로 돌아가 다음 FS 간섭 채널에 대해 동일 과정을 반복한다. 0≤l≤(V-1)인 모든 l에 대한 필터 값이 η보다 큰 경우에는, 주파수 그룹 G_i,j 내에 FS 간섭 신호가 존재한다고 판단하고 S806 단계에서 FS 간섭 신호가 실제로 존재하는 주파수 채널들의 집합 i 를 다음의 [수학식 21]과 같이 갱신(update)할 수 있다. 이와 같은 과정을 통하여 다수의 FS 간섭 신호가 존재하는 경우에도 효율적으로 가용한 채널을 최대로 확보할 수 있다.

[수학식 21]

이때, FHSS 시스템의 각 송신부는 집합 Γ_i 내 모든 FHSS 시스템의 주파수 채널들을 주파수 도약 가용 채널 집합에서 제외하고 새로운 채널 집합 Θ_i을 다음의 [수학식 22]와 같이 결정한다.

[수학식 22]

다음으로 [수학식 16]과 같이 FS 간섭 신호의 위치 및 중첩 특성을 고려하지 않고 단순히 FS 간섭 신호의 대역폭 단위로 FHSS 시스템의 채널들을 나눌 경우를 고려하자.

상기 과정과 마찬가지로 본 발명의 일례로 미디언 필터와 같은 비 선형 필터를 사용할 경우 미디언 필터의 실장 복잡도를 줄이기 위해, 주파수 그룹 G_i,j와 채널 대역의 절반 이상이 겹쳐지는 FS 간섭 채널 k(∈F_i,j) 내 (L+V) 개 샘플 값을 다음의 [수학식 23]과 같이 0 또는 1로 양자화한다. 이어 양자화된 L개 샘플들의 합을 임계 값 η와 비교하여 해당 FS 신호 주파수 대역 내 첫 L개의 채널에 FS 간섭 신호가 존재하는지를 판단한다.

[수학식 23]

여기서, F_i,j는 주파수 그룹 G_i,j와 채널 대역의 절반 이상이 겹치는 FS 간섭 채널들의 집합을 나타내며 이는 다음의 [수학식 24]와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 24]

상기 필터링 방식과 동일하게 0≤l≤(V-1) 인 모든 l에 대한 필터 값이 η보다 큰 경우에는, FS 간섭 채널 k내에 FS 간섭 신호가 실제로 존재한다고 판단하고 FS 간섭 신호가 존재하는 주파수 채널들의 집합 Γ_i를 다음의 [수학식 25]와 같이 갱신할 수 있다.

[수학식 25]

[수학식 24]에서 보는 바와 같이, 주파수 그룹 G_i,j와 신호 대역의 절반 이상이 겹치는 FS 간섭 채널은 전체 K개 채널들 중 0<k<W/2d 또는 (WG_i,j-W/2)/d≤k<(WG_i,j+W/2)/d에 불과하므로 [수학식 16]과 같이 FHSS 시스템의 채널들을 나눌 경우 전체 K개 FS 간섭 채널 중 오직 최대 (W/d)|Λ_i| 개의 FS 신호 채널에 대해서만 실제 FS 간섭 신호가 실제로 존재하는지 검증하면 되는 장점이 있다.

마지막으로, 본 발명은 FD 간섭 신호의 스펙트럼 특성을 고려하여, FD 간섭을 회피할 수 있는데, 이를 도 9를 참조하여 설명한다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 FD 간섭을 회피하기 위해 FH 채널 내 간섭 신호의 존재 여부를 추정하고 간섭이 존재하지 않을 경우에만 패킷을 전송하는 과정을 나타내는 예시도이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명은 FH 기법을 사용하여 신호를 전송할 때, 다음 FH에 사용될 채널에 대해 FD 간섭 신호의 존재 여부를 순시적으로 추정하여 간섭 신호가 존재하지 않을 경우에만 패킷을 전송함으로써 간섭을 회피할 수 있다.

FHSS 시스템 i의 주파수 도약 채널 집합 Θ_i 내 j번째 주파수 도약 채널을 f_i,j(∈Θ_i) 라 정의하자.

본 발명에서 FHSS 시스템의 송신부는 S901 단계에서 채널 f_i,j으로 패킷을 전송하기 전에 상용의 에너지 검출기 또는 푸리에 변환 검출기 등의 센싱 기법을 통해 채널 f_i,j에 간섭 신호가 존재하는지를 판단한다. 일례로 에너지 검출기를 통해 채널 f_i,j에 대해 센싱을 수행한다고 가정하면, FHSS 시스템은 다음의 [수학식 26]과 같은 단순 가정 시험(simple hypothesis test) 기법을 사용하여 채널 f_i,j 내 간섭 존재여부를 판단한다.

[수학식 26]

여기서, H₁와 H₀는 간섭 신호의 존재 유무를 나타내는 가정 상황을 의미하며, S_j(n)는 시간 t=nT에서 채널 f_i,j을 통해 전송된 간섭 신호, r_i,j(n)는 시간 t=nT에서 채널 f_i,j을 통해 FHSS 시스템 i가 수신한 수신 신호, w(n)은 평균 0, 분산

을 가지는 가우시안(Gaussian) 잡음을 나타내며, T는 상기 가정 시험 기법을 수행하는 주기 시간을 나타낸다.

이때, FHSS 시스템 i는 채널 f_i,j을 통한 패킷 전송 가능 여부를 다음의 [수학식 27]을 통하여 판단한다.

[수학식 27]

여기서, λ'은 간섭 신호의 유무를 판단하기 위한 임계 값이며, y(f_i,j)은 에너지 검출기를 사용하는 경우 채널 f_i,j에서 수신 신호의 크기를 나타내는 값으로 다음의 [수학식 28]과 같이 구할 수 있다.

[수학식 28]

여기서, L'은 수신 신호 샘플들의 개수를 나타낸다.

만약, S902 단계에서 채널 f_i,j에 간섭 신호가 존재하지 않는다고 판단 즉

이면, S903 단계에서 FHSS 시스템 i의 송신부는 채널 f_i,j로 패킷을 전송하며, 채널 f_i,j에 간섭 신호가 존재한다고 판단 즉,

이면 FHSS 시스템 i의 송신부는 채널 f_i,j로 패킷을 전송하지 않고 j 값을 1만큼 증가시킨 후 S901 단계로 돌아가 다음 주파수 도약 채널 f_i,j+1에 대해 동일한 과정을 반복한다. 상기 과정을 통해 주파수 도약 채널 내 FD 간섭 신호를 회피함으로써 본 발명을 통해 얻을 수 있는 FHSS 시스템의 전송 성능은 다음의 [수학식 29]와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 29]

여기서, N_FH는 FHSS 시스템의 초당 주파수 도약 횟수(예컨대, 블루투스의 경우 1600회), B는 전송 패킷의 비트 수(예컨대, 블루투스 DH1 패킷의 경우 216 bits), q_w은 채널 잡음에 의한 전송 패킷의 PER, q_I는 주파수 도약 채널 내 간섭 신호로 인한 전송 패킷의 PER 그리고 p_I는 S1201 단계에서 센싱 구간 내에 간섭 신호가 존재할 확률을 나타낸다.

이때, [수학식 29]의 p_I는 다음의 [수학식 30]과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 30]

여기서, |Θ_j|는 집합 Θ_j내 채널들의 총 개수, S_slot는 FHSS 시스템의 슬롯 사이즈(예로 블루투스의 경우 625 us), D_j는 FHSS 시스템 j의 전송 패킷 내 슬롯의 개수, T_CS는 채널 센싱 수행 시간, A는 주파수 도약 채널 내 존재하는 FS 간섭의 개수를 나타내며 S_packet는 FHSS 시스템의 전송 패킷 사이즈를 나타낸다.

또한, [수학식 29]의 P_d와 P_f는 각각 간섭의 검출 확률(detection probability) 및 오 검출 확률(false alarm probability)을 나타내며 일례로 에너지 검출기의 경우 각각 다음의 [수학식 31] 및 [수학식 32]와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 31]

[수학식 32]

여기서, Q(x)는 변수 x에 대한 Q 함수 값을 나타내며

는 간섭 대 잡음 비(Interference-to-Noise power Ratio: 이하 INR)를 나타낸다.

이처럼 도 9에서 설명한 방식은 다음 주파수 도약 채널에 대한 간섭 신호를 순시적으로 회피함으로써 FHSS 시스템의 PER 성능을 증대시킨다. 그러나 이 후, FH 채널 상에 다시 나타날 수 있는 FS 간섭 신호는 넓은 주파수 대역에서 긴 시간 동안 간섭을 일으키는 특성 상 FHSS 시스템의 패킷 전송 지연 문제를 유발하며, 이로 인해 FHSS 시스템의 전송 효율(throughput)이 저하되게 된다.

따라서 본 발명은 이 같은 패킷 전송 지연 문제를 해결하기 위하여 PER 뿐만 아니라, 간섭 신호 존재 추정 확률을 동시에 활용하여 상기 도 8에서 설명한 FS 간섭 신호 검출 방식에 따라 FS 간섭 신호가 존재하는 채널들을 지속적으로 검출한다.

시간 t_s=nT_L/2로부터 t_f=t_s+T_L까지 FHSS 시스템 i의 주파수 채널 j에 대한 채널 센싱 수행 횟수를 C_i(t_s,t_f,j), FHSS 시스템 i의 주파수 채널 j에서의 간섭 신호 검출 횟수를 D_i(t_s,t_f,j)라 할 때, FHSS 시스템 i의 주파수 채널 j에 대한 간섭 신호 존재 추정율 ø_i(t_s,t_f,j)는 다음의 [수학식 33]과 같이 구할 수 있다.

[수학식 33]

이때, FS 간섭 신호의 위치 및 대역폭과 동일하게 FHSS 시스템의 채널들을 K개 주파수 그룹으로 나눌 경우, FHSS 시스템 i의 주파수 그룹 k에 대한 간섭 신호 존재 추정 확률은 다음의 [수학식 34]와 같이 구할 수 있다.

[수학식 34]

그리고 FS 간섭 신호의 위치 및 중첩 특성을 고려하지 않고 단순히 FS 간섭 신호의 대역폭 단위로 FHSS 시스템의 채널들을 나눌 경우, FHSS 시스템 i의 주파수 그룹 k에 대한 간섭 신호 존재 추정 확률은 다음의 [수학식 35]와 같이 구할 수 있다.

[수학식 35]

이때, FS 간섭 신호가 존재할 가능성이 있는 후보 주파수 그룹들의 집합 Λ_i은 주파수 그룹들의 PER 및 간섭 신호 존재 추정 확률을 활용하여 다음의 [수학식 36]과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 36]

여기서, δ는 간섭 신호 존재 추정율을 통해 FS 간섭 신호가 존재하는 채널을 구분하기 위한 임계 값이다.

본 발명은 집합 Λ_i 내 모든 주파수 그룹들을 상기 도 8의 FS 간섭 신호 검출 방식에 적용하여 FS 간섭 신호가 존재하는 채널들을 지속적으로 검출함으로써, FS 간섭 신호가 유발할 수 있는 패킷 전송 지연 문제 및 숨은 단말기 문제(hidden terminal problem)로 인한 간섭 신호 미 검출 문제를 해결할 수 있다.

다음의 [표 1]의 환경에서 본 발명의 제2 실시예에 따른 성능을 평가하였다. FHSS 시스템으로 블루투스 시스템을 고려하였으며, FS 간섭 원으로는 IEEE 802.11g 무선랜 시스템을 고려하였다. 또한 제안 기법의 성능 비교를 위하여 기존의 적응적 주파수 도약 기법을 비교하였다. 그 시뮬레이션 결과를 도 10 내지 도 11을 참조하여 설명한다.

표 1

파라미터	값
블루투스 송신 전력	1 Mw
블루투스 마스터와 슬레이브 간 거리	1 m
인접 블루투스로부터 거리	2 m
인접 무선랜으로부터 거리	2 m
무선랜 송신 전력	25 Mw
무선랜 데이터 전송율(R_Data)	11 Mbit/s
무선랜 PLCP 전송율(R_PLCP)	1 Mbit/s
무선랜 패킷 헤더(B_packet)	224 bits
무선랜 PLCP 헤더(B_PLCP)	192 bits
무선랜 패킷 페이로드(B_payload)	12000 bits
무선랜 전송 로드 (μ)	1.0
제안 기법의 채널 분류 시간 간격(T_L)	0.2 sec
기존 TG2 기법의 채널 분류 시간 간격	1 sec
전 대역으로 패킷이 전송되는 시간 간격	4 sec

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따라 4초 간격으로 1개의 FS 간섭 신호가 임의의 FS 채널 상에서 발생될 때 시간에 따른 제안 기법의 PER 성능을 나타내는 예시도이다.

도 10에 도시한 바와 같이, 기존 적응형 주파수 도약 기법은 상대적으로 느린 FS 간섭 추정 시간으로 인해 FS 간섭 발생 시 PER 성능이 급격히 저하되고 FS 간섭 영향이 일정 기간 동안 지속된다. 이에 반해 제안 기법은 주파수 도약 기법으로 신호를 전송할 때, 다음 주파수 도약 채널에 대해 간섭 신호의 존재 여부를 추정하여 간섭 신호가 존재하지 않을 경우에만 패킷을 전송하기 때문에 FS 간섭 발생이 발생하더라도 PER 성능이 저하되지 않는다.

도 11은 본 발명의 이실시예에 따라 무선랜 간섭의 개수가 1개 또는 2개일 경우 FD 간섭의 개수에 따른 제안 기법의 전송 성능을 나타내는 예시도이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 제안 기법은 주파수 도약 기법으로 신호를 전송할 때, 다음 주파수 도약 채널에 대해 간섭 신호의 존재 여부를 추정하여 간섭 신호가 존재하지 않을 경우에만 패킷을 전송함으로써 간섭 신호와의 충돌 확률을 줄일 수 있어 FS 및 FD 간섭을 효율적으로 회피할 수 있을 뿐만 아니라, FS 간섭 신호의 채널 특성을 고려한 채널 분류 및 필터를 활용한 FS 간섭 채널의 정확한 검출을 통해 FS 간섭을 빠르게 회피할 수 있다. 반면 기존 적응형 주파수 도약 기법은 다른 FD 간섭 패킷과 충돌이 발생할 경우 해당 채널을 주파수 도약 채널에서 제외하기 때문에 오히려 다른 FD 간섭 패킷과의 충돌 확률이 점점 더 증가하게 되어 FD 간섭의 개수가 증가할수록 성능이 상당히 감소한다.

도 12에 도시한 바와 같이, 본 발명의 채널 간섭을 제거하기 위한 장치는 그룹 분류부(1210), FS 간섭 제거부(1220), 및 FD 간섭 제거부(1230) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

그룹 분류부(1210)는 FS 전파 간섭의 채널 특성에 따라 FHSS 시스템의 전체 채널들을 K개의 그룹으로 분류할 수 있는데, 1)제1 실시예에 따라, 기 설정된 주기 T_L마다 FHSS 시스템의 채널들을 FS 간섭 신호의 위치 및 대역폭과 동일하게 K개의 그룹으로 분류하고, 2)제2 실시예에 따라 FHSS 시스템의 채널들을 FS 간섭 신호의 대역폭 단위로 U개의 그룹으로 분류할 수 있다.

FS 간섭 제거부(1220)는 분류된 상기 K개의 그룹의 PER을 기반으로 상기 K개의 그룹에서 상기 FS 간섭이 존재하는 그룹을 제거할 수 있는데, 1)제1 실시예에 따라 K개의 그룹의 PER을 기반으로 각 그룹의 PER과 특정 임계 값을 비교하여 그 비교한 결과에 따라 FS 간섭이 존재하는 그룹을 확정 즉, K개의 그룹 중 PER이 가장 높은 그룹을 선택하여 선택된 그룹의 PER 대비 나머지 그룹의 PER 비율을 특정 임계 값을 비교하여 그 비교한 결과에 따라 FS 간섭이 존재하는 그룹을 확정할 수 있다. 그래서 FS 간섭 제거부(1220)는 분류된 K개의 그룹에서 FS 간섭이 존재한다고 확정된 그룹을 제외시킴으로써, FS 간섭을 제거할 수 있다.

그리고 FS 간섭 제거부(1220)는 2)제2 실시예에 따라 상기 K개의 그룹의 PER을 기반으로 각 그룹의 PER과 특정 임계 값을 비교하여 그 비교한 결과에 따라 FS 간섭 신호가 존재할 가능성이 있는 후보 주파수 그룹을 구하고, 구한 상기 후보 주파수 그룹에 소정의 필터를 이용하여 FS 간섭 신호가 실제로 존재하는 주파수 채널들의 집합을 확정하고, 상기 FS 간섭이 존재하는 그룹이 확정되면, 상기 K개의 그룹에서 상기 FS 간섭이 존재한다고 확정된 그룹을 제거할 수 있다.

채널 잡음 제거부(1430)는 FS 간섭이 존재하지 않는 채널들의 SINR을 추정하고 추정된 SINR을 기반으로 채널 잡음을 완화하기 위한 송신 전력을 결정할 수 있다.

FD 간섭 회피부(1230)는 상기 FS 간섭이 존재하지 않는 채널들을 이용하여 FHSS 시스템의 FH 기법을 사용하여 신호를 전송할 때, 다음 FH에 사용될 채널에 대해 간섭 신호가 존재하는지 여부를 소정의 검출기를 이용하여 순시적으로 검출하고, 그 검출한 결과에 따라 상기 FD 간섭이 존재하지 않을 경우에만 패킷을 전송함으로써 FD 간섭을 회피할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 FS, FD 간섭과 채널 잡음의 스펙트럼 특성에 따라 채널 분류 방식을 차별화하여 FH 채널 및 송신 전력을 결정하는 기법으로서, FS 간섭 성분의 채널 위치와 대역폭에 따라 FHSS 시스템의 채널들을 그룹 단위로 분류함으로써 종래 기법에 비해 FS 간섭 회피에 걸리는 시간을 단축할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명은 전파 간섭이 없는 채널들의 잡음만을 고려하여 송신 전력을 결정함으로써 소비 전력을 줄일 수 있고, 각 채널의 PER에 따라 각 채널로 전송되는 패킷들의 길이를 유동적으로 조절함으로써 종래 기법들에 비해 더 우수한 유효 전송율 및 PER 성능을 얻을 수 있다.

본 발명에 의한, FHSS 시스템에서 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치 및 그 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.

Claims

FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum) 시스템의 전체 채널들을 FS 간섭 신호의 채널 대역폭 단위에 따라 소정 개수의 그룹으로 분류하는 그룹 분류부;

분류된 상기 소정 개수의 그룹 별 PER(Packet Error Rate)을 기반으로 상기 소정 개수의 그룹에서 상기 FS 간섭이 존재하는 그룹을 제거하는 FS 간섭 제거부;

상기 FS 간섭이 존재하지 않는 채널들로 FH 기법에 따라 패킷을 전송할 때, 다음 FH에 사용될 채널에 대해 간섭 신호의 존재 여부를 순시적으로 검출하여 간섭 신호가 존재하지 않는 채널들에 대해서만 패킷을 전송함으로써 간섭을 회피하는 FD 간섭 회피부

를 포함하는 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치.
제1 항에 있어서,

상기 그룹 분류부는,

기 설정된 주기마다 FHSS 시스템의 채널들을 FS 간섭 신호의 위치 및 대역폭과 동일하게 K개의 그룹으로 분류하되,

수학식
에 의해 구하고, 여기서, m은 FHSS 시스템의 전체 채널 개수, Ω는 FHSS 시스템의 채널들의 집합, W는 각 FS 간섭 채널의 대역폭 그리고 d는 각 FS 간섭 채널과 인접 FS 간섭 채널의 비 중첩된 채널 대역폭을 각각 의미하는 것을 특징으로 하는 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치.
제1 항에 있어서,

상기 그룹 분류부는,

FHSS 시스템의 채널들을 FS 간섭 신호의 대역폭 단위로 U개의 그룹으로 분류하되,

수학식
에 의해 구하고, 여기서, m은 FHSS 시스템의 전체 채널 개수, Ω는 FHSS 시스템의 채널들의 집합, W는 각 FS 간섭 채널의 대역폭을 각각 의미하는 것을 특징으로 하는 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치.
제1 항에 있어서,

상기 FS 간섭 제거부는,

상기 K개의 그룹의 PER을 기반으로 각 그룹의 PER 값과 특정 임계 값을 비교하여 그 비교한 결과에 따라 FS 간섭이 존재하는 그룹을 확정하며,

상기 FS 간섭이 존재하는 그룹이 확정되면, 상기 K개의 그룹에서 상기 FS 간섭이 존재한다고 확정된 그룹을 제거하는 것을 특징으로 하는 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치.
제4 항에 있어서,

상기 FS 간섭 제거부는,

상기 K개의 그룹의 PER을 기반으로 K개의 그룹 중 PER 값이 가장 높은 그룹을 선택하고,

선택된 그룹의 PER 대비 나머지 그룹의 PER 비율을 특정 임계 값을 비교하여 그 비교한 결과에 따라 FS 간섭이 존재하는 그룹을 확정하며,

상기 FS 간섭이 존재하는 그룹이 확정되면, 상기 K개의 그룹에서 상기 FS 간섭이 존재한다고 확정된 그룹을 제거하는 것을 특징으로 하는 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치.
제1 항에 있어서,

상기 FS 간섭 제거부는,

상기 U개의 그룹의 PER을 기반으로 각 그룹의 PER 값과 특정 임계 값을 비교하여 그 비교한 결과에 따라 FS 간섭 신호가 존재할 가능성이 있는 후보 주파수 그룹을 구하고,

구한 상기 후보 주파수 그룹 내의 각 채널의 PER 값을 양자화하여 양자화된 PER 값을 소정의 필터를 통해 필터링하여 FS 간섭 신호가 실제로 존재하는 주파수 채널들의 집합을 확정하고,

상기 FS 간섭이 존재하는 그룹이 확정되면, 상기 U개의 그룹에서 상기 FS 간섭이 존재한다고 확정된 그룹을 제거하는 것을 특징으로 하는 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치.
제1 항에 있어서,

상기 FD 간섭 회피부는,

상기 FS 간섭이 존재하지 않는 채널들을 이용하여 FHSS 시스템의 FH 기법을 사용하여 신호를 전송할 때, 다음 FH에 사용될 채널에 대해 간섭 신호가 존재하는지 여부를 소정의 검출기를 이용하여 순시적으로 검출하고,

그 검출 결과에 따라 상기 FD 간섭이 존재하지 않을 경우에만 패킷을 전송함으로써 FD 간섭을 제거하는 것을 특징으로 하는 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치.
제1 항에 있어서,

상기 FS 간섭 제거부는,

상기 FS 간섭과 상기 FD 간섭이 제거된 이 후, FH 채널 상에 다시 나타날 수 있는 FS 간섭 신호는 상기 주파수 그룹핑 및 필터링 방식을 적용하는데 있어 각 채널들의 PER 값과 간섭 신호 존재 추정율을 동시에 활용하여 상기 FS 간섭 신호를 반복적으로 검출함으로써, FS 간섭 신호가 유발할 수 있는 패킷 전송 지연 문제 및 숨은 단말기 문제(hidden terminal problem)로 인한 간섭 신호 미 검출 문제를 해결하되,

상기 간섭 신호 존재 추정율은 시간 t_s=nT_L/2로부터 t_f=t_s+T_L까지 FHSS 시스템 i의 주파수 그룹 k에 대한 간섭 신호 존재 추정 확률을 나타내며 수학식
에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 간섭 잡음을 회피하기 위한 장치.
FHSS 시스템의 전체 채널들을 소정 개수의 그룹으로 분류하는 단계;

분류된 상기 소정 개수의 그룹의 PER을 기반으로 상기 소정 개수의 그룹에서 상기 FS 간섭이 존재하는 그룹을 제거하는 단계; 및

상기 FS 간섭이 존재하지 않는 채널들로 FH 기법에 따라 패킷을 전송할 때, 다음 FH에 사용될 채널에 대해 간섭 신호의 존재 여부를 순시적으로 검출하여 간섭 신호가 존재하지 않는 채널들에 대해서만 패킷을 전송함으로써 간섭을 회피하는 단계

를 포함하는 간섭 잡음을 회피하기 위한 방법.
제9 항에 있어서,

상기 소정 개수의 그룹으로 분류하는 단계는,

기 설정된 주기마다 FHSS 시스템의 채널들을 FS 간섭 신호의 위치 및 대역폭과 동일하게 K개의 그룹으로 분류하되,

수학식
에 의해 구하고, 여기서, m은 FHSS 시스템의 전체 채널 개수, Ω는 FHSS 시스템의 채널들의 집합, W는 각 FS 간섭 채널의 대역폭 그리고 d는 각 FS 간섭 채널과 인접 FS 간섭 채널의 비 중첩된 채널 대역폭을 각각 의미하는 것을 특징으로 하는 간섭 잡음을 회피하기 위한 방법.
제9 항에 있어서,

상기 소정 개수의 그룹으로 분류하는 단계는,

FHSS 시스템의 채널들을 FS 간섭 신호의 대역폭 단위로 U개의 그룹으로 분류하되,

수학식
에 의해 구하고, 여기서, m은 FHSS 시스템의 전체 채널 개수, Ω는 FHSS 시스템의 채널들의 집합, W는 각 FS 간섭 채널의 대역폭을 각각 의미하는 것을 특징으로 하는 간섭 잡음을 회피하기 위한 방법.
제9 항에 있어서,

상기 FS 간섭이 존재하는 그룹을 제거하는 단계는,

상기 K개의 그룹의 PER을 기반으로 각 그룹의 PER과 특정 임계 값을 비교하여 그 비교한 결과에 따라 FS 간섭이 존재하는 그룹을 확정하며,

상기 FS 간섭이 존재하는 그룹이 확정되면, 상기 K개의 그룹에서 상기 FS 간섭이 존재한다고 확정된 그룹을 제거하는 것을 특징으로 하는 간섭 잡음을 회피하기 위한 방법.
제12 항에 있어서,

상기 FS 간섭이 존재하는 그룹을 제거하는 단계는,

상기 K개의 그룹의 PER을 기반으로 K개의 그룹 중 PER이 가장 높은 그룹을 선택하고,

선택된 그룹의 PER 대비 나머지 그룹의 PER 비율과 특정 임계 값을 비교하여 그 비교한 결과에 따라 FS 간섭이 존재하는 그룹을 확정하며,

상기 FS 간섭이 존재하는 그룹이 확정되면, 상기 K개의 그룹에서 상기 FS 간섭이 존재한다고 확정된 그룹을 제거하는 것을 특징으로 하는 간섭 잡음을 회피하기 위한 방법.
제9 항에 있어서,

상기 FS 간섭이 존재하는 그룹을 제거하는 단계는,

상기 K개의 그룹의 PER을 기반으로 각 그룹의 PER과 특정 임계 값을 비교하여 그 비교한 결과에 따라 FS 간섭 신호가 존재할 가능성이 있는 후보 주파수 그룹을 구하고,

구한 상기 후보 주파수 그룹 내의 각 채널의 PER 값을 양자화하여 양자화된 PER 값을 소정의 필터를 통해 필터링하여 FS 간섭 신호가 실제로 존재하는 주파수 채널들의 집합을 확정하고,

상기 FS 간섭이 존재하는 그룹이 확정되면, 상기 K개의 그룹에서 상기 FS 간섭이 존재한다고 확정된 그룹을 제거하는 것을 특징으로 하는 간섭 잡음을 회피하기 위한 방법.
제9 항에 있어서,

상기 FD 간섭이 존재하는 채널 집합을 회피하는 단계는,

상기 FS 간섭이 존재하지 않는 채널들을 이용하여 FHSS 시스템의 FH 기법을 사용하여 신호를 전송할 때, 다음 FH에 사용될 채널에 대해 간섭 신호가 존재하는지 여부를 소정의 검출기를 이용하여 순시적으로 검출하고,

그 검출 결과에 따라 상기 FD 간섭이 존재하지 않을 경우에만 패킷을 전송함으로써 FD 간섭을 회피하는 것을 특징으로 하는 간섭 잡음을 회피하기 위한 방법.
제9 항에 있어서,

상기 FS 간섭과 상기 FD 간섭이 제거된 이 후, FH 채널 상에 다시 나타날 수 있는 FS 간섭 신호는 상기 주파수 그룹핑 및 필터링 방식을 적용하는데 있어 각 채널들의 PER 값과 간섭 신호 존재 추정율을 동시에 활용하여 상기 FS 간섭 신호를 반복적으로 검출함으로써, FS 간섭 신호가 유발할 수 있는 패킷 전송 지연 문제 및 숨은 단말기 문제(hidden terminal problem)로 인한 간섭 신호 미 검출 문제를 해결하되,

상기 간섭 신호 존재 추정율은 시간 t_s=nT_L/2로부터 t_f=t_s+T_L까지 FHSS 시스템 i의 주파수 그룹 k에 대한 간섭 신호 존재 추정 확률을 나타내며 수학식
에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 간섭 잡음을 회피하기 위한 방법.